自动控制系统概述

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1、第1章自动控制系统概述引言——什么是控制系统控制系统的重要性控制系统的组成及应用例子为什么绝大多数控制系统均具有反馈自动控制系统的分类自动控制原理的发展历史1.1引言——什么是控制系统在家里，为了舒适地生活，我们需要控制室内的温度和湿度。在交通领域，我们需要控制汽车精确而又安全地从一个地方到达另一个地方。在工业上，制造过程中大量的生产产品需要满足产品质量和成本效益的要求。要回答这个问题，我们可以联系日常生活中那些需要实现某种“目标”的例子：再比如一个人，可以完成许多种类的目标，包括作决定。其中有些目标

2、——比如捡起地上的物品后再从一个地方走到另一个地方——它的完成方式是以一种程序化的方式来完成的。但有些目标在人们要完成它时，不仅要考虑如何完成，还要考虑如何更好地完成——比如：百米运动员在一百米短跑中，他考虑的是：在尽可能短的时间内跑完这段距离马位松选手在他的比赛中，他考虑的是：在尽可能短的时间内跑完这段距离在整个比赛过程中控制好能量的消耗并设计最佳的比赛策略综上所述：所谓的控制系统就是为完成某种“目标”而采用的一整套的完成方法和步骤。而这些方法和步骤通常又包含能够更好实现这些“目标”的最佳策略。在工

3、业领域，自动控制系统常常是指那些在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标的设备。自动控制系统的重要性近年来控制系统在现代文明和技术发展与进步上扮演了越来越重要的角色。我们日常活动的每一个方面几乎都受到了某种控制系统的影响。控制系统已经大量地应用到了工业的所有部门。如产品质量、自动装配线、机床控制、空间技术与武器系统、计算机控制、交通运输、动力系统、机器人、微机系统、纳米技术等。如大型加工机床的精密控制这是由数控机床群

4、构成的生产线——由自动控制保证产品的加工精度。其主轴为恒值控制(恒速)，刀架为随动系统(精确定位)。加工中心——往往含有车、铣、钻等多种功能，有刀具库，能自动换刀等。各厂生产含有各种不同功能的加工中心。带有机械手的点焊生产线(大批量铆焊加工生产线)要能精密定位及时间控制。机器人控制(自动控制)汽车车体焊接喷漆堆物喷涂机器人控制系统的应用实例1.2开环控制与闭环控制1、应用：太阳能高效抽水机系统太阳传感器太阳移动速度电动机减速器泵++电动机电流泵地下水蓄水池灌溉太阳能收集器机械转距目标：利用太阳能结果：

5、抽水中间环节：实现手段上面例子中存在的问题抽水过程只与太阳能转换来的电流大小有关，它不能反应水池的蓄水情况。因此，这个控制系统存在着水资源的浪费问题。如何解决这个问题？太阳传感器太阳移动速度电动机减速器泵++-水位传感器水池电动机电流泵地下水蓄水池太阳能收集器水位传感器灌溉将输出端的信号返回输入端2、开环控制和闭环控制比较这两个例子，我们给出概念：开环控制系统(Open－loopControlSystem)若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响，则这样的系统称为开环控制系统。闭环控制系统(

6、Closed－loopControlSystem)若系统输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，形成闭合环路，则这样的系统称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统(FeedbackControlSystem)。一、开环控制和闭环控制的概念二、开环控制和闭环控制的概念开环控制举例由步进电机驱动的数控加工机床此系统的输入量为加工程序指令，输出量为机床工作台的位移，系统的控制对象为工作台，执行机构为步进电动机和传动机构。由图可见，系统无反馈环节，输出量并不返回来影响控制部分，因此是开环控制。数控加工机床开环

7、控制框图数控加工机床示意图由于开环系统无反馈环节,一般结构简单,系统稳定性好，成本也低，这是开环系统的优点。因此，在输出量和输入量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差可以预计确定并能进行补偿,则应尽量采用开环控制系统。开环控制的缺点是当控制过程受到各种扰动因素影响时，将会直接影响输出量，而系统不能自动进行补偿。特别是当无法预计的扰动因素使输出量产生的偏差超过允许的限度时，开环控制系统便无法满足技术要求，这时就应考虑采用闭环控制系统。开环系统的特点闭环控制举例电炉

8、箱恒温自动控制系统电炉箱自动控制框图电炉箱恒温自动控制系统框图可以把系统的组成简单明了地表达出来炉温自动调节过程电炉箱自动控制框图反馈控制可以自动进行补偿，这是闭环控制的一个突出的优点。闭环控制要增加检测、反馈比较，调节器等部件,会使系统复杂、成本提高。而且闭环控制会带来副作用，使系统的稳定性变差，甚至造成不稳定。这是采用闭环控制时必须重视并要加以解决的问题。闭环系统的特点上例中我们还可以看到：为了表明自动控制系统的组成以及信号的传递情况，通常把系统各个